循环流化床粉煤灰-矿渣基地质聚合物灌浆材料的水化机理与低碳性能优化研究

针对传统水泥高碳排放问题，研究人员通过多尺度表征技术揭示了CFBFA-GGBS地质聚合物灌浆材料的水化机制。研究发现65 wt% CFBFA为临界阈值，超过后28天抗压强度从23.6 MPa降至16.3 MPa，并通过原位XRD/FTIR、29Si MAS NMR等技术证实了铝硅酸盐网络演化规律，为基础设施修复提供了低碳材料设计策略。

　　

在全球水泥行业贡献8%二氧化碳排放的严峻背景下，传统硅酸盐水泥的高碳足迹问题亟待解决。地质聚合物(Geopolymer)因其低碳合成路径和优异耐久性成为研究热点，但工业副产物循环流化床粉煤灰(CFBFA)与粒化高炉矿渣(GGBS)协同水化机制尚不明确，制约了其在灌浆材料中的应用。

湖南大学的研究团队在《Powder Technology》发表论文，通过旋转粘度计、等温量热法、原位X射线衍射(XRD)/傅里叶变换红外光谱(FTIR)、高低场核磁共振(NMR)等先进技术，首次建立了CFBFA-GGBS地质聚合物多尺度反应框架。研究发现：

关键实验方法

1. 机械测试确定CFBFA掺量阈值
2. 原位XRD/FTIR追踪非晶凝胶演化
3. LF-NMR量化水状态转变
4. ²⁹Si MAS NMR解析硅氧网络聚合度
5. SEM-EDS分析元素分布

研究结果

1. 力学性能阈值：CFBFA超过65 wt%时，28天抗压强度下降31%，粘度上升，归因于CFBFA低燃烧温度(850-950°C)导致的形态不规则。
2. 反应动力学：等温量热显示65 wt%组累积放热量降低，FTIR谱带从991 cm^?1迁移至1010 cm^?1，证实Al³⁺逐步整合入铝硅酸盐网络。
3. 微观结构演化：²⁹Si NMR显示Q⁰位点从4.42%增至18.71%，而Q³+Q⁴从23.01%降至3.56%，表明高CFBFA含量导致解聚。SEM-EDS揭示基体从富钙相(10.66% Ca)向断裂的钠铝硅酸盐网络(7.76% Ca)转变。

结论与意义
该研究提出GGBS通过快速释放Ca²⁺驱动早期成核，而CFBFA通过持续溶出Si⁴⁺调控凝胶长期成熟。优化配方(CFBFA≤65 wt%)平衡了反应活性与离子供给，为基础设施修复提供了抗压强度达23.6 MPa、CO₂排放降低16-33%的解决方案。Hualei Wang等建立的"反应-流变-结构"关联模型，为工业固废基低碳胶凝材料设计提供了理论范式。